超重力旋转填料床应用研究进展
超重力技术进展——从实验室到工业化
第57卷第8期化工学报VOl.57NO.82006年8月JOur nal Of Che mical Industr y and En g i neeri n g Chi na Au g ust 2006综述与专论超重力技术进展!!!从实验室到工业化邹海魁!邵磊!陈建峰北京化工大学教育部超重力工程研究中心 北京100029摘要 超重力 旋转床 技术是一种能够极大强化传递和分子混合过程的突破性过程强化新技术 本文对超重力技术的基础研究 在反应与分离过程强化 纳米材料制备方面的应用研究以及工业化应用的最新进展情况进行了综述 重点介绍了本中心的研究成果.关键词"超重力旋转床技术 过程强化 反应 分离中图分类号"TK 124文献标识码"A文章编号"0438-1157 2006 08-1810-07Pr o 9r ess o f hi 9ee t echn o I o 9y !f r o m I abor at or yt o co mmer c i aI i zati onZOU Hai kui #SHAO Le i #CHEN Ji anf en 9Researc h C enter f or ~i g h G raUit $En g ineerin g and T ec hnolo g$ M inist r $o f Educ ation Bei j in gUniUersit $o f Che m ic al T ec hnolo g$ Bei j in g 100029 ChinaAbstr act ~i g ee t echnOl O gy carri ed Out i n a r Ot ati n g p acked bed i s a nOvel t echnOl O gy f Or p r Ocess i nt ensifi cati On Whi ch can tre m endOusl y i nt ensif y m ass and heat transf er and m i cr O m i xi n g p r Ocesses .Thi s p a p er revi e Ws t he st at e-Of-t he-art hi g ee t echnOl O gy i n f unda m ent al research a pp li cati Ons i n reacti On and se p arati On en g i neeri n g nanO-m at eri al s s y nt heses as Well as its cO mm erci ali zati On .The WOr k i n t he Research Cent er f Or ~i g h G ravit y En g i neeri n g and T echnOl O gy i s hi g hli g ht ed .Ke y Wor ds "hi g ee t echnOl O gy p r Ocess i nt ensifi cati On reacti On se p arati On2006-02-22收到初稿 2006-05-08收到修改稿.联系人"陈建峰.第一作者"邹海魁 1973 男 博士 副研究员.基金项目"国家自然科学杰出青年基金项目 20325621国家自然科学基金重点项目 20236020 国家重点基础研究发展计划项目 2004CB217804 .引言自1995年举行首次化工过程强化的国际会议以来 以节能 降耗 环保 集约化为目标的化工过程强化就受到研究者的广泛关注 化工过程强化已经被列为当前化学工程优先发展的领域之一.超重力技术则是过程强化技术中最先受到人们关注的几项关键技术之一 1-2.所谓超重力指的是在比地球重力加速度大得多的环境下 物质所受到的力 包括引力或排斥力 .在地球上 实现超重力环境的最简便方法是通过旋转产生离心力而实现 即通过旋转床实现.在超重Rece i ved dat e "2006-02-22.Corr es P ondi n 9aut hor "Pr Of .C~EN Ji anf en g .E -mai I "chen f ＠m Foundati on i t em "su pp Ort ed b y t he Nati Onal Nat ural S ci enceFundati On f Or Outst andi n g YOun g S ci enti sts Of Chi na 20325621 t he Nati Onal Nat ural S ci ence FOundati On Of Chi na 20236020 andt he Nati Onal Basi c Research Pr O g ra m Of Chi na 2004CB217804 .力环境下 不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常规重力场下的要快得多 气液 液液 液固两相在比地球重力场大上百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触 巨大的剪切力和快速更新的相界面使相间传质速率比传统的塔器中的提高1～3个数量级微观混合和传质过程得到极大强化3.超重力技术开发研究始于20世纪70年代末. 1976年美国太空署征求微重力场实验项目英国I C I公司帝国化学工业公司的Ra m sha W教授等做了化工分离单元操作蒸馏吸收等过程中微重力场和超重力场影响效应的研究发现超重力使液体表面张力的作用相对变得微不足道液体在巨大的剪切力作用下被拉伸成微小的液膜液丝和液滴产生出巨大的相间接触面积因此极大地提高了传递速率系数而且还使气液逆流操作的泛点速率提高大大增加了设备生产能力这些都对分离过程有利.这一研究成果促成了超重力分离技术的诞生随后引起了美英中俄等国大规模的工业化应用技术研究和开发热潮4.国外从事超重力技术研究的公司和科研机构包括Du POnt公司DO W化学公司G litsch公司NOrt On公司F l Our公司I C I公司Ne Wcatstl e 大学Case W est er n Reser ve大学W ashi n g t On大学T axas Austi n州立大学等重点研究的技术有超重力精馏分离技术甲醇乙醇的分离等超重力吸收分离技术天然气脱硫分离CO2等超重力解吸分离技术水脱氧聚合物脱单体地下污水脱苯甲苯等等.近几年在几个化工能源过程中实现了工业化运行如1999年美国DO W 化学公司成功地将超重力技术应用于次氯酸的工业生产展现出广阔的应用前景和重大的经济效益3.北京化工大学教育部超重力工程研究中心从1988年开始与Case W est er n Reser ve大学合作进行了超重力技术的开发研究.10多年来本中心已经在超重力技术的基础和应用研究方面取得了具有国际领先和先进水平的研究成果5并成功主办了第一届和第三届国际超重力工程技术研讨会确立了我国在国际超重力技术领域的重要地位.本文全面综述了超重力技术的基础研究在反应与分离方面的应用研究及超重力技术在纳米材料制备油田注水脱氧纳米药物制备超重力反应分离耦合法生产化工产品等工业化开发方面的研究进展情况注文中的研究成果除特别标明研究者姓名单位外其他均为本中心的研究成果.1超重力旋转床技术的基础研究1.1超重力旋转床内流体流动现象及描述对流体在超重力旋转床填料中流动状态的了解是建立超重力环境下传递和混合理论的物理基础.电视摄像和高速频闪照像的实验研究结果表明在超重力水平相对较低的情况下约小于60g填料内的液体主要是以填料丝上的单面膜与连接填料丝网间隙的双面膜两种状态存在而在超重力水平较高的情况下大于100g液体主要是以填料丝上的膜与空间的液滴两种形态存在另外还有少量的液丝将电导探头固定于旋转的转子上测得了不同情况下液体在转子填料内的停留时间约为0.1～1.0s通过图像分析得到了不同条件下的液膜厚度在0.1～0.3mm并拟合了丝网填料上平均液膜厚度与液体黏度流量及超重力水平之间的关系36.另外在超重力技术基础理论的研究方面本中心还取得了以下研究成果实验测得填料层中液滴的直径在0.1～0.3mm拟合出液体在填料中的平均径向速率与液体流量超重力水平之间的函数关系用电导的方法对填料层中持液量的研究得出了持液量与平均径向速度之间的函数关系逆流旋转床的液泛线要比填料塔中的整砌拉西环的液泛线高40%左右气相压降不高于传质效果与之相当的塔用五孔探针测试出旋转床内腔的速度和压力场是轴对称的并发现流道突变区对气相压降的影响很大3逆流旋转床中的传质主要发生在填料层内从液体分布器到填料空腔内的传质约占整个旋转床内传质的10%以下7填料内支撑布置在填料端效应区时会极大地强化传质在10%～100%的开孔率范围内内支撑的加入有利于传质而在2.5%～10%的开孔率范围内内支撑的加入不利于传质8.1.2旋转填充床内传递过程的研究Ra m sha W等用水吸收氨测定了逆流旋转床填料层的平均气膜传质系数用比表面积为1650的不锈钢丝网填料在760g下得到气膜传质系数为10.8>10-8s m-1朱慧铭等也利用水吸收氨测定了填料层的平均气膜传质系数得到加速度与平均体积传质系数及传质单元高度的关系沈浩等用空气解吸废水中的氨得到传质单元高度为3～10c m3.1181第8期邹海魁等超重力技术进展从实验室到工业化本中心的研究人员对用氮气解吸水中氧的液膜传质过程及对以黄原胶水溶液为对象的拟塑性非牛顿流体在逆流旋转床中的气液传质过程进行了研究结果表明超重力旋转床能大大强化液相的传质过程;逆流旋转床的转子中填料内缘的传质系数很大气液传质过程在填料层中主要发生在靠近转子填料内径的区域存在传质端效应3];对用水吸收空气中SO2这个气液两相对传质阻力均有影响的吸收过程的研究结果表明逆流时在旋转床的填料层内外缘处分别存在液相端效应区和气相端效应区而并流时气液两相端效应区都集中在填料层内缘处9].采用基于颗粒轨道模型的欧拉-拉格朗日法对超重力旋转床中的气液两相流动与传质进行了数值模拟研究将模拟计算得到的液相传质系数用于氮气解吸水中溶解氧的计算其计算值与实验结果符合良好.计算分析表明对超重力旋转床在一定的转速下液体和气体流量以及填料内径的变化对体积传质系数有重要影响10].旋转床填料内的径向温度分布与转子的转速和液体流量有关但气体流量的变化对温度分布的影响很小.研究中还发现了传热端效应的存在11]. 1.3旋转填充床内的微观混合特性研究微观混合对快速化学反应过程有着重要的影响.工业上受微观混合影响的快速反应过程包括燃烧~聚合~反应~结晶等过程.一些复杂有机合成反应如氧化~中和~卤化~硝化及偶氮等也都属于快速反应微观混合直接影响反应产物的分布3].采用1-萘酚与对氨基苯磺酸重氮盐偶合竞争串联反应体系对旋转填充床内的微观混合进行了实验研究证实旋转填充床中微观混合能被极大地强化12];建立了旋转填充床内微元流动的物理模型模拟计算了液体微元经过实验条件下50层丝网填料最终流出填料空间的浓度分布由浓度分布得到的微观混合特征指数与实验值进行了对比吻合良好13-14];采用沿程分子探头实验方法从实验上证实了旋转填充床内存在分子混合端效应区计算得到旋转填充床中的分子混合时间在100卜s量级说明旋转填充床反应器是目前分子混合速率最快的设备之一可用于各类快速反应或快速混合过程的调控15].1.4超重力旋转床的设计及工程放大技术的研究经过十几年的研究本中心已经在超重力旋转床的设计和工程化放大方面积累了较丰富的经验能够根据不同的生产规模和工艺条件设计不同结构和规格的超重力旋转床提出了超重力旋转床中介质进出口管径~喷淋管的形式及尺寸~填充床层的尺寸的计算方法及功率的计算~配套电机的选择及转子用转鼓的结构设计及强度的计算方法等3]为超重力旋转床的工业化应用提供了基础.2超重力旋转床技术的应用研究进展本中心在超重力技术的应用方面进行了一系列的研究和开发并取得了诸多创新性成果.2.1超重力技术在传递和分子混合控制的反应过程的应用(1>超重力技术在纳米材料合成中的应用纳米颗粒(材料>的制备方法与技术是当今世界高技术竞争的热点之一.这其中反应沉淀法由于具有成本低~生产能力大~易于工业化~化学组成达分子原子尺度均匀化等优点受到研究者和工业界的青睐.但传统的反应沉淀法一般在搅拌釜或塔中实现存在粒径分布不均且难控~批次间重复性差及工业放大困难等缺点.理论分析表明在传统反应器中成核过程是在非均匀微观环境中进行的微观混合状态严重影响成核过程这就是目前传统沉淀法制备颗粒过程中粒度分布不均和批次重现性差的理论根源.相反在超重力条件下混合传质得到了极大强化分子混合时间在100卜s量级这可使成核过程在微观均匀的环境中进行从而使成核过程可控粒度分布窄化.这就是超重力法合成纳米颗粒技术的思想来源和理论依据315-17].本中心于1995年在国际上率先发明了超重力反应沉淀法(简称为超重力法>合成纳米颗粒新方法在国家高技术研究发展计划等的资助下探索了气液~液液及气液固超重力法合成纳米颗粒的新工艺相继开发出系列纳米颗粒实验室小试合成技术并在纳米颗粒工业化制备技术及理论研究方面取得突破性进展3].例如气液固超重力法用于合成纳米Ca CO3可以制备出立方形~链锁状~纺锤形~针状~片状等不同形态的纳米Ca CO3.在不添加任何晶体生长抑制剂的情况下可以制备出平均粒度为15～40n m~分布很窄的纳米立方形Ca CO3颗粒;在添加特定晶习控制剂的条件下可以制备2181化工学报第57卷出轴比大于10 单个颗粒平均粒度小于10n m 分布均匀的链锁状Ca CO 3 18等.采用气液相超重力法制备的纳米材料有纳米氢氧化铝 纤维状 粒径为1～5n m 长度为100～300n m 纳米二氧化硅 球形 平均粒径约为30n m 3 纳米氧化锌 球形 粒度约为30n m 19纳米二氧化钛 球形 粒径20～30n m 20纳米硫化锌 球形 粒径约40n m 21 等.采用液液相超重力法制备的纳米材料有纳米碳酸锶 平均粒径约30n m 纳米碳酸钡 比表面积约20m 2 g -1纳米氢氧化镁 六方形片状物 平均粒径为70n m 3纳米钛酸钡 球形 粒径50～70n m 22等.在实验室及中试规模的研究基础上 本中心提出并突破了系列关键技术 创制了超重力法制备无机纳米粉体的成套技术 成功进行了超重力法生产纳米碳酸钙的工业放大 生产出平均粒度15～40n m 粒度和形貌可调控的纳米碳酸钙产品 粒度指标优于美国等国际同类产品 具有碳化时间缩短 粒度分布窄 生产成本低 生产质量稳定易控等突出优点.目前利用该技术建成了5条纳米碳酸钙工业生产线 总产能达3.6万吨 年 产品已出口欧美 东南亚等地区.另外 1000t 年超重力法纳米氢氧化镁工业生产线于2004年7月在天津汉沽建成投产.可见 采用超重力技术能够制备出多种纳米材料 具有很强的通用性 是一项平台性的高新技术 可望进一步推广至其他纳米材料的制备中.2 超重力法原位合成纳米功能复合材料无机有机纳米复合材料是一类非常重要的纳米复合材料 其制备及应用的技术关键是如何实现纳米无机颗粒在有机基体中以纳米级分散.本中心提出了采用超重力法原位合成纳米功能复合材料的新方法 通过气液固反应结晶和原位相转移耦合方法 在超重力反应器中成功合成出高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂纳米复合材料 产品的碱值大于300m g KO~ g -1 电镜照片如图1所示 纳米碳酸钙胶粒的粒径小于30n m 分布均匀.目前 本中心已经与中国石油天然气股份有限公司合作 开发建立了超重力法制备高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂纳米复合材料20t 年中试生产线.3 超重力结晶法制备纳米药物口服难溶性药物的溶出过程是限制其吸收及生物利用度的关键F i g .1TE M p hOt O g ra p hs Of Ca CO 3p articl es f r O m RPB -p re p ared Oil based dis p ersi On因素 一般来说 药物的溶出速率与药物颗粒的粒度呈反比关系 所以通过减小难溶性药物颗粒的粒度可以大大提高其溶出速度 对气雾剂而言 颗粒大小同样是决定药物能否到达作用部位的关键因素 23-25.在成功实现超重力法合成无机纳米材料的基础上 在国家高技术研究发展计划等的资助下 本中心发明了超重力结晶法制备纳米药物的新方法 采用超重力结晶法得到了平均粒度为1.5卜m 的解热镇痛消炎药 布洛芬重结晶产品 23-24制得了粒度小于500n m 的治疗哮喘病的药物 硫酸沙丁胺醇颗粒 25制备了超细头孢拉定抗生素药物粒子 通针性 混悬效果 溶出速率及溶解度要明显优于常规法产品 26-27 .此外还探索了用超重力法制备其他纳米药物粉体 如抗哮喘药物 抗生素类药物和药物辅料等.在实验室研究的基础上 本中心研究了该技术的放大规律 并与华北制药集团倍达有限公司合作 成功实现了40t 年超重力法制备无定形头孢呋辛酯纳米药物的工业化生产 图2为产品头孢呋辛酯的扫描电镜照片 得到的头孢呋辛酯是无定形的 粒径小于500n m.产品的溶解速率和溶解度较市售产品都有明显的提高 更易溶解 吸收 生物利用度也高于市售微米级药物产品.鉴于超重力技术在药物微粉化方面的独特优势 Abhi it 等 28发表综述评论认为 超重力结晶法代表了疏水药物纳米化的第二代战略性方法 由于其简单 易于放大和纳米效应 有可能3181 第8期邹海魁等 超重力技术进展 从实验室到工业化F i g.2SE M p hOt O g ra p hs Of nanOsizedCef ur Oxi m e Axetile成为一种未来的技术.4超重力技术在多相快速反应中的应用利用烷基化反应以异丁烷为原料在强酸等催化剂的作用下与C3～C5烯烃反应生成烷基化油.烷基化油是一种理想的汽油调和组分烷基化生产装置的全球生产能力为8000万吨年以上.烷基化反应涉及液液快速反应过程现工业上采用~F和浓~2SO4催化反应传统工艺存在腐蚀性强环境污染严重等问题.本中心将超重力反应器作为烷基化反应器应用于离子液体催化的烷基化反应合成烷基化油.该液液反应过程中微观传递和分子混合是关键实验结果表明烷基化油辛烷值可达97以上反应器体积可缩小至原先的110～16优于传统~F和浓~2SO4法工艺而且无污染物排放可实现高效低能耗清洁生产的目的为替代污染严重的~F和浓~2SO4法生产烷基化油提供了一种洁净生产新技术.最近本中心将超重力旋转床作为气液反应器用于环己烷空气氧化制备环己酮反应过程初步研究结果表明在环己烷转化率与现有工艺相当的情况下过氧化物的含量约降低70%左右可以大幅度减少后续由于过氧化物分解产生的废碱液可望开发出一种绿色环保新工艺.5超重力技术在生化反应中的应用大多数的生化反应都是好氧反应过程.由于好氧微生物的呼吸基质的氧化所需要的氧是液相中溶解的氧因此在好氧发酵过程中氧的气液传质十分重要氧溶解速度成为好氧发酵过程的限制因素.根据生化反应的特点本中心将超重力旋转床和内循环反应器的优点结合起来成功开发了内循环超重力生化反应器实验表明拟塑性流体在超重力旋转床中的氧传递速率较鼓泡搅拌釜中快6～20倍.在此反应器中进行了超氧化物歧化酶SOD的发酵实验发酵液中酵母的最大湿重为66g L-1超过气升式反应器中得到的51g L-1的优化结果采用此反应器时透明质酸的产量为6.5～7.2g L-1而操作条件基本相同的搅拌釜的产量只能达到4～5g L-1表明内循环超重力生化反应器可作为一种新型高效的发酵设备3.2.2超重力技术在强化分离过程的应用1超重力水脱氧技术的研究超重力技术的第一个工业化应用实例是油田注水脱氧.油田注水的国家标准是水中的氧含量小于50卜g L-1.1993年本中心为胜利油田研制了一台50t h-1的超重力脱氧机进行了用天然气对水进行氧解吸的实验出口氧含量全部达到低于50卜g L-1的注水要求最低低于20卜g L-1与现有的真空脱氧技术相比无论在脱氧指标上还是在动力消耗上都有较大的优越性3.1995年本中心开发研制了国际上第一台最大的工业化超重力样机300t h-1水脱氧超重力装置并于1998年在胜利油田投入实验应用之后两台250t h-1的工业装置也在胜利油田海上石油平台上投入了生产3.此外采用超重力法还进行了锅炉用水脱氧的研究使用0.03～0.2MPa表压的蒸汽在103～133时就可以将水中的含氧量减少至7卜g L-1以下而且不需添加任何化学药剂.与热力法相比超重力法可以在较低的温度压力下达到很好的脱氧指标能较好地解决锅炉的氧腐蚀问题在锅炉行业中具有广阔的推广应用前景3.2超重力技术在废水处理中的应用本中心与原中国天然气总公司下属大型合成氨企业合作开发建立了一套处理水量为5t h-1的超重力尿素水解工业侧线在220～230 2.4～2.6MPa条件下将尿素解吸废水中尿素含量由100m g L-1左右降至5m g L-1以下可以满足中压锅炉用水的要求.本中心采用超重力气提技术及设备处理合成氨厂铜洗车间存在的含氨量20000～30000m g L-1的废水成功地将废水中的氨含量降至100m gL-1以下满足环保要求的同时还得到可以利用的4181化工学报第57卷15%～20%的浓氨水解决了困扰企业的一个难题3.<3>超重力技术在废气治理中的应用工业及生活所排放的二氧化硫是空气的主要污染源新型脱硫技术及设备的研究与开发成为当前迫切需要加强的环保科研课题之一.本中心与国内硫酸厂合作采用亚胺吸收法进行了超重力脱硫的工业侧线实验经过超重力设备吸收后尾气中二氧化硫含量降至100m g L-1<世界银行标准为300m gL-1>.若将单级超重力脱硫与喷射脱硫器相结合可在设备投资动力消耗气相压降等方面较原有技术有较大优势35.除尘是由作为单元操作之一的气固相分离操作发展起来的是现代工业生产中一项不可缺少的环节.采用超重力旋转床对发电厂燃煤飞灰的捕集效率达99%以上切割粒径范围为0.02～0.3卜m 压降不大于3000Pa与电除尘相当但设备占地面积价格及能耗方面远优于电除尘法是一种极有推广前景的除尘技术及设备329.2.3超重力反应分离耦合法在化工产品生产中的应用1999年美国DO W化学公司与本中心合作成功地将超重力技术应用于反应分离耦合过程在次氯酸的生产中将直径6m高30m的钛材塔式反应分离设备用直径3m高3m的超重力装置进行了成功替代在一台超重力设备中同时完成反应和分离两种操作次氯酸的产率由原先的80%提高到90%以上生产效率大大提高并节省了设备投资70%和操作费用.这一技术的开发成功为超重力技术的应用提供了一个极好的工业化范例3.3结束语已有的理论研究和应用研究的结果表明超重力技术是一种高效的过程强化的新技术在众多领域具有广阔的应用前景.由于它广泛的适用性可生产出传统设备所难以生产出的更小更精更安全更高质量的产品以及具有更能适应环境和对环境友好等特殊性能可望成为21世纪过程工业过程强化的主导技术之一.致谢本文的研究成果包括了郑冲冯元鼎周绪美艾大刚等中心退休教师及郭锴郭奋王玉红张鹏远刘晓林宋云华陈建铭沈志刚毋伟初广文等中心教师及张军刘骥竺洁松李振虎钟杰杨海健等毕业和在读博士研究生张海峰廖颖万冬梅王刚李文博李树华赵永华崔建华梁继国刘方涛张春光张新军马静续京周敏毅徐春艳李亚玲许明王东光等毕业和在读硕士研究生的研究成果.同时超重力技术的研究得到了国家自然科学基金国家自然科学基金重点项目国家自然科学杰出青年基金国家科委八五九五和十五攻关项目及国家重点基础研究发展计划教育部和北京市等科技计划的资助在此一并表示感谢！Re f er ences1Ra m sha W C.The i ncenti ve f Or p r Ocess i nt ensifi cati On//1stI nt er nati Onal COnf erence On Pr Ocess I nt ensifi cati On f Or t heChe m i cal I ndustr y.LOndOn19952Fei W ei y an g<费维扬>.The p r O g ress Of p r Ocessi nt ensifi cati On.W orl d Sci T ec h R SD<世界科技研究与发展>2004 2 <5>1-43Chen Ji anf en g<陈建峰>.~i g h G ravit y T echnOl O gy andA pp li cati On A Ne W G enerati On Of Reacti On and S e p arati OnT echnOl O gy<超重力技术及应用新一代反应与分离技术>.Bei i n g Che m i cal I ndustr y Press20034GuO Kai<郭锴>L i u SOn g ni an<柳松年>Chen Ji anf en g <陈建峰>Zhen g ChOn g<郑冲>.Recent p r O g ress Of hi g hg ravit y t echnOl O gy.Che m ic al I ndust r$and En g ineerin gPro g ress<化工进展>199711-45W an g YuhOn g<王玉红>GuO Kai<郭锴>Chen Ji anf en g <陈建峰>Zhen g ChOn g<郑冲>.~i g ee t echnOl O gy and itsa pp li cati On.M et al M ine<金属矿山>1999425-296Zhan g Jun<张军>GuO Kai<郭锴>GuO Fen<郭奋> Zhu Ji esOn g<竺洁松>Zhen g ChOn g<郑冲>.Ex p eri m ent al st ud y abOut fl O W Of li c ui d i n r Ot ati n g p ackedbed.J ournal o f Che m ic al En g ineerin g o f ChineseUniUersities<高校化学工程学报>200014<4>378-3817GuO Fen<郭奋>W an g DOn gg uan g<王东光>W u Ji nli an g<吴金梁>GuO Kai<郭锴>Zhen g ChOn g<郑冲>ShaO Lei<邵磊>.E ff ect Of diff erent i niti al li c ui ddi stri buti On On m ass transf er i n a cOunt er current fl O Wr Ot ati n g p acked bed.J ournal o f Bei j in g UniUersit$o fChe m ic al T ec hnol o g$<北京化工大学学报>2003 3<3>30-348GuO Fen<郭奋>ZhaO YOn g hua<赵永华>Cui Ji anhua <崔建华>Chen Ji anf en g<陈建峰>GuO Kai<郭锴>Zhen g ChOn g<郑冲>.E ff ects Of i nner su pp Orts On li c ui d-fil m cOntr Oll ed m ass transf er i n r Ot ati n g p acked bed.J ournal o f Nort h China I nstit ute o f T ec hnol o g$<华北工学院学报>200122<6>420-4249L i Zhenhu<李振虎>GuO Kai<郭锴>Yan W ei m i n<燕为民>Zhen g ChOn g<郑冲>.The cO m p ari sOn Of t he g as5181第8期邹海魁等超重力技术进展从实验室到工业化。
超重力技术应用进展
超重力技术应用进展
黄斌;丰生杰;傅程;李娇扬;张璐;刘慰博
【期刊名称】《当代化工》
【年(卷),期】2022(51)12
【摘要】超重力技术被誉为“化学工业的晶体管”,是欧美等发达国家重点发展的技术之一。
基于超重力技术的设备具有体积小、能耗低等优点,有着广阔的应用前景。
为了厘清超重力技术应用的核心领域,给研究者提供有效的研究趋向信息,梳理了超重力技术的发展历史,总结了超重力技术应用的国内外重要进展,探讨了超重力技术的核心设备及技术原理,展望了超重力技术的研究方向,提出了融合机器学习、AI等技术进行填充床内部传质规律研究和借助红外热成像、CT、高速摄像等技术深入对旋转填充床内部流场流动规律的了解是未来重要的创新方向,可以在完善超重力机内部机构、结合应用领域开发研究专用的旋转填充床等方面进行攻关突破,以期应用于更广泛的领域。
【总页数】6页(P2941-2946)
【作者】黄斌;丰生杰;傅程;李娇扬;张璐;刘慰博
【作者单位】东北石油大学石油工程学院;重庆科技学院石油与天然气工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.1
【相关文献】
1.蒸汽辅助重力泄油技术在超稠油开发中的应用
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超重力旋转床转子结构与性能研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第10期·3558·化 工 进展超重力旋转床转子结构与性能研究进展陆佳冬，王广全，耿康生，计建炳（浙江工业大学化学工程学院，浙江省生物燃料利用技术研究重点实验室，浙江 杭州 310014）摘要：超重力旋转床自问世以来受到了广泛的关注，并已应用于化学工业之中。
目前，超重力旋转床转子结构的改进主要是根据其流体力学以及传质性能的要求不断地进行优化。
本文根据超重力旋转床转子结构的不同，将其分为填料式、板式和复合式3种类型，并据此介绍了不同类型超重力旋转床的转子结构特点和研究现状，并对其流体力学和传质性能进行了总结、对比和分析，指出了不同类型超重力旋转床转子的优点和可能存在的问题，对化工生产过程中超重力旋转床的选型以及转子结构的研究具有指导作用。
最后提出了超重力旋转床在应用方面研究的不足，并对其未来可能的发展方向进行展望，指出超重力旋转床转子结构的改进可以从填料和液体分布等方面进行研究，应用范围可以从装备集成方面进行拓展。
关键词：超重力旋转床；转子结构；填料床；流体力学；传质中图分类号：TQ051.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2017）10-3558-11 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0334Research progress on rotor structure and performance of higeerotating bedLU Jiadong ，WANG Guangquan ，GENG Kangsheng ，JI Jianbing（Zhejiang Province Key Laboratory of Biofuel ，College of Chemical Engineering ，Zhejiang University of Technology ，Hangzhou 310014，Zhejiang ，China ）Abstract ：The higee rotating bed has drawn a wide attention since it was introduced. It has been applied in the chemical industries. Now ，the structural improvement of higee rotating bed is optimized according to the requirements on the hydrodynamic and mass transfer performance. In this paper ，based on different rotor structures ，the higee rotating bed was classified into three types ：packed rotating bed ，plate rotating bed and compound rotating bed. The rotor structure features and recent researches of different types of higee rotating beds were introduced and their hydrodynamic and mass transfer performance was analyzed and summarized ，the advantages and potential problems were pointed out. The results can be used as guidance for the selection of the rotating bed and the study of rotor structure in chemical production processes. Finally ，the insufficiencies of application research and the possible developmental direction of higee rotating bed were indicated. The improvement of the rotor structure of higee rotating bed can be achieved from the aspects of the packing and the liquid distribution ，and the application expansion from the aspect of the equipment integration was also suggested.Key words ：higee rotating bed ；rotor structure ；packed bed ；hydrodynamics ；mass transfer过程强化技术是指在完成生产目标的前提下，大幅减小设备体积以及数量，从而提高生产效率，减少污染，降低成本的一种技术。
旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展
旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展张建文;高冬霞;李亚超;陈建峰【摘要】旋转填充床作为一种高效的传质、分离与反应设备,在化工、环境保护、纳米材料制备、能源、制药等工业过程得到广泛应用.本文对旋转填充床超重力环境下,流体力学特性、传质性能、微观混合、多尺度传递特性等方面的研究进行了总结归纳.近年来,随着计算机科学与多相流传递过程的研究进展,对传递过程的研究也由实验手段为主转变为实验与数值模拟相结合的手段,对有关的数值模拟研究以及相应的多相流模型也予以总结描述.在此基础上,对旋转填充床超重力环境下多相流研究的未来发展提出了有关设想.%As a highly efficient equipment for mass transfer, separation and reaction, rotating packed bed (RPB) has been widely used in chemical engineering, environmental protection, nanomaterial preparation, energy engineering, pharmaceutical engineering and other industrial processes. In this paper, fluid mechanics, mass transfer, micro-mixing, multi-scale transfer in high gravity environment are reviewed. In recent years, with the advances in computer science and multiphase transfer process, the study on multiphase transport phenomena in RPB have evolved from experiments mainly to the combination of experiments and numerical simulation. The advance in the modeling of multiphase transport phenomena and the numerical simulation in RPBs are summarized. The direction and focus of future research on multiphase transport phenomena in high gravity environment are proposed.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2013(064)001【总页数】9页(P243-251)【关键词】旋转填充床;超重力环境;多相流传递;微观混合;多尺度现象;过程强化【作者】张建文;高冬霞;李亚超;陈建峰【作者单位】北京化工大学流体力学与传热研究室,北京100029;北京化工大学流体力学与传热研究室,北京100029;北京化工大学流体力学与传热研究室,北京100029;北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TQ027.1引言1976年，英国帝国化学公司（ICI）Colin Ramshow教授等对微重力场下化工分离单元操作——蒸馏、吸收等的效果进行了研究，结果表明浮力因子接近零使传质过程严重受阻、液体表面张力起主导使液体团聚在一起不易分离；与此相反，在超重力环境下，液体的表面张力变得微不足道，且液体被巨大的剪切力撕裂为不同形态的微元，使相界面积增大，对传质非常有利［1］。
超重力旋转填料床应用研究进展
&’()*+,- ./012+3*04 ,41 5(+’40-067
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行选择性吸收 8!9 的超重力旋转填料床装置:;<。 试验 操作条件为 &=! 质量分数 ">?@A$#@ ， 8!9 质量分数 反应控 ">!$@A;>%@。 8!9 与三元胺反应是瞬间反应， 制步骤是质子传递过程， 而 &=! 与三元胺反应相对 要缓慢，利用物料在旋转填料床中停留时间短的特 性，使胺对 ! 种酸性气体 8!9 和 &=! 进行选择性吸 收 8!9， 试验取得了很好的效果。同年 ? 月， B-*3C+’，
表% 超重力除尘设备与传统设备比较
质单元高度最低达 " 3&，单程吹脱率可达 2+4 ， " 次逆 流 吹 脱 ， 总 吹 脱 率 达 524 ， 出口氨含有量低于 国家排放标准， 使企业实现了清洁生产。 超重力旋转填料床技术与传统的技术对比具有 明显的环境效益和经济效益， 见 表 " 6!!7。 该 技 术 在 通过山西省科技成果鉴定。 "### 年，
!
蒸馏
%()* 年 +,+ 公司使用 ! 个超重力旋转填料床，
将系统分成提馏与精馏 ! 段，并搭配再沸器与冷凝 器， 形成一套完整的蒸馏系统， 应用于乙醇与异丙醇 分离和苯与环己烷分离 -%.。传质单元高度较传统填 料塔下降 ! 个数量级， 极大地降低了投资和能耗。 此 套系统已经连续成功地运转数千小时，肯定了该技 术的工程与工艺可行性。 美国得克萨斯州的奥斯汀大学，建立了一套半 工业装置来考察旋转填料床的精馏特性，使用环己
超重力旋转填料床技术是一种新型强化传递过 程的技术，通过高速旋转的床体产生强大的离心力 场模拟超重力环境， 气 $ 液、 液 $ 液和液 $ 固 ! 相在超 重力环境下的多孔介质或孔道中流动接触，巨大的 剪切力将液体撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和 液滴， 微观混合和传质过程得到极大强化， 单位设备 体积的生产效率与传统塔设备比较， 提高了 %’! 个 数量级。 超重力旋转填料床技术是一个全新的技术领 域，其独特的性能和特点使其显示出了其巨大的发 展潜力和应用前景。该新颖技术的应用可大幅地缩 小传统工厂的规模，使其朝微型化及室内化的方向 发展，且对众多工业领域产生革命性的变化。近年 来，国内外科技工作者竞相对超重力旋转填料床技 术进行了卓有成效的研究， 本文针对该技术在蒸馏、 吸收、 脱气、 萃取等化工单元操作方面的应用研究作 一介绍。
一种新型反应设备—旋转填料床技术及其应用
综 述 专论
Ｓ Ｃ
Ｉ ＮＣＥ ＆ ＴＥＣ Ｈ Ｎ０ ＬＯ Ｇ Ｙ Ｅ ＩＮ ＨＥ Ｍ Ｉ Ｃ ＣＡ Ｌ Ｎ Ｄ ＵＳＴ Ｒ Ｙ Ｉ
化 科 ，２ （： ５ 工 技０，４ ０ ３ ２ １ ） ００ ５
一
种 新 型 反 应 设 备
旋 转 填 料 床 技 术 及 其应 用 ＊
１ 旋 转 填 料 床 的 基 本 原 理
超 重 力 场 被 用 于 相 间 分 离 ， 论 在 日常 生 活 无 还 是 在 工 业 应 用 上 ， 已 有 相 当长 的 历 史 。但 作 都
为 一 项 特 定 的 手 段 用 于 传 质 过 程 的 强 化 ， 起 工 引
业界重视是 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 后 期 出现 的 “ ｉｅ” Ｈｇｅ 。 理 论 分 析 表 明 ， 微 重 力 条 件 下 ， 于 ｇ ０ 两 相 在 由 一 ，
０ ０５ ） ３ ０ １
欧 阳 朝 斌 ， 有 智 ， 贵 生 刘 祁
（ 北工 学 院 化学 工 程系 ， 西 太原 华 山
摘
要 ： 转 填 料 床 技 术 是 一 种 突 破 性 的 过 程 强 化 新 技 术 ， 化 工 、 源 、 保 、 料 、 物 化 工 等 工 旋 在 能 环 材 生
导 致 相 间 质 量 传 递 效 果 很 差 ， 离 无 法 进 行 。反 分
旋 转 填 料 床 技 术 进 行 开 发 和 研 究 ， 进 行 了 一 定 并
的 中 试 或 者 工 业 性 运 行 ， 由 于 多 种 原 因 ， 今 未 但 迄
见 商 业 性 应 用 的 报 道 。 据 悉 已 有 多 个 加 压 、 压 常 设 备 进 行 了 包 括 吸 收 、 吸 、 取 、 馏 在 内 的 单 解 萃 精
新型多级逆流式超重力旋转床精馏性能研究
新型多级逆流式超重力旋转床精馏性能研究高鑫;初广文;邹海魁;罗勇;张鹏远;陈建峰【摘要】针对基于传统旋转填料床(RPB)和折流旋转床(RZB)开发的一种新型多级逆流式超重力旋转床(MSCC-RPB),在常压下通过以乙醇-水为研究体系的连续精馏实验对MSCC-RPB的精馏性能进行了研究.分别考察了旋转床转速(N)、进料浓度(xF)、进料热状况(q)、回流比(R)对MSCC-RPB的理论塔板数(NT)的影响规律.结果表明:MSCC-RPB的NT随N的增加先增大后减小,随xF的增加变化不大,随q 的增加而增大,随R的增加而增大;在实验考察范围内,最佳操作转速为800r/min,MSCC-RPB理论塔板高度在19.5～31.4 mm之间;与传统两台RPB连续精馏的理论塔板高度相当,与RZB相比传质效率提高近一倍且最佳转速更低.【期刊名称】《北京化工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(037)004【总页数】5页(P1-5)【关键词】多级逆流式超重力旋转床;连续精馏;理论塔板数;理论塔板高度【作者】高鑫;初广文;邹海魁;罗勇;张鹏远;陈建峰【作者单位】北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京,100029;北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京,100029;北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京,100029;北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京,100029;北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京,100029;北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】TQ028.13在化工生产中,液 -液混合物通常通过精馏操作进行分离。
精馏塔是目前最为主要的精馏设备[1],但因其液相靠重力自上而下流动,液膜较厚且流动缓慢,存在传质系数低、设备庞大、操作弹性小等缺点。
目前,在农药、医药、涂料等生产中使用各种有机溶剂,出于环保要求和经济成本的考虑,有机溶剂的回收利用受到很大的关注。
超重力旋转填料床中天然气水合物含气量研究
超重力旋转填料床中天然气水合物含气量研究超重力旋转填料床中天然气水合物含气量研究2007年第26卷第6期化工进展CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS?853? 超重力旋转填料床中天然气水合物含气量研究刘有智,邢银全,崔磊军(中北大学,山西省超重力化工工程技术研究中心,山西太原030051)摘要:研究了在旋转填料床中制备天然气水合物,主要考察了超重力因子,液气比等因素对含气量的影响.实验结果表明,当在压力5MPa,温度277.15K状态下:含气量随着超重力因子增大而增大,大于120后对含气量的影响不明显;天然气水合物含气量随液气比的增大呈现出先增大后减小的趋势,其最佳液气比为10L/m.结合晶体化学方法探讨了超重力方式合成天然气水合物的机理.与传统方式相比,加快了溶解,成核及生长过程,最终含气量显着提高.关键词:旋转填料床;超重力因子;天然气水合物;含气量中图分类号:TE82-3文献标识码:A文章编号:1000—6613(2007)06—0853—04ExperimentalstudyoncapacityofgashydrateinarotatingpackedbedLIUYouzhi,XINGYinQuan,CUlLeiJun(ResearchCenterofShanxiProvinceforHighGravityChemicalEngineeringandT echnology,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,Shanxi,China)Abstract:Thepreparationofgashydrateinanovelrotatingpackedbedreactorw asinvestigated.At5MPaand277.15K,theexperimentswereconductedtoexaminetheeffectsofhighgr avityfactors8,liquidtogasratioonthecapacityofgashydrate.Experimentalresultsindicat edthatthecapacityofgashydrateincreasedwithincreasinghighgravityfactors8.However,theeffectw asnotobviousatahighgravityfactorsgreaterthan120.Thecapacityofgashydrateincreasedfirstly withincreasingliquidtogasratio,andthengentlydecreased.Theoptimumprocessconditionswereasfol lows:liquidtogasratioabouti0L/m.Themechanismofhydrateformationbyhighgravitywasstudie dwiththetheoryofparedwiththetraditionalsystem,thehighgravitysyst emacceleratedtheprocessofdissolution,nucleationandcrystalgrowthtoagreatextent,andgascapacit ywasalsosignificantlyincreased.Keywords-rotatingpackedbed.highgravityfactors;gashydrate;gascapacity 水合物是烃类气体和水在低温度和高压力的条件下形成的类笼形结构的冰状晶体,通常称之为笼形水合物(elathratehydrates)?J,具有惊人的吸附(浓缩)气体的能力,理论上单位体积的水合物可吸附180倍左右同单位的气体I2】(标准状态下).因此人们一直尝试用天然气水合物的形式进行天然气的储运和运输.所以解决气体水合物高密度生长的关键技术一直成为业内研究者所关注的焦点J.目前的各种天然气水合物快速生成技术都存在一些缺点:自然静态制备法历时长且含气量低:搅拌法使得釜内气体溶解缓慢,诱导时间增长,水合物成核,生成极为缓慢,反应后期由于上层水合物的覆盖,效果更加微弱,且徒增能耗,反而引导反应负向进行; 喷雾法需要专门设计的喷嘴或喷淋装置且未能及时的排走水合反应生成的热量,从而阻止水合物进一步的生成降低了含气量:气泡法其孔板上的孔径很小,容易在孔板上生成水合物,影响进气,也影响系统的正常运行.Skovborg和Rasmussent41详细地收稿日期2006一l0—23;修改稿日期2007—03—2l. 第一作者简介刘有智(1958一),男,博士生导师,教授,主要从事超重力旋转填料床应用研究.E—mailliuyz@.ca.联系人邢银全,硕士研究生.E—mailqjy8686@.?854?化工进展2007年第26卷分析了Englezos的模型后认为:水合物生成速率并非由水合物的结晶过程所控制,而是由气体从气相主体到液相主体的传质所控制,即水合物生成过程是一个传质现象.所以提高天然气与水的传质速率是提高其含气量和快速生成技术的关键所在. 超重力技术是一种新型强化传递过程的技术, 通过高速旋转的填料产生强大的离心力场模拟超重力环境,气一液,液一液,液一固两相在超重力环境下的多孔介质或孔道中流动接触,巨大的剪切力将液体撕裂成微米至纳米级的液膜,液丝和液滴, 微观混合和传质过程得到极大的强化,单位设备体积的生产效率较传统塔设备可提高1,2个数量级J. 因此,超重力技术可以极大的强化天然气的气液传质速率,提高天然气的含气量,缩短天然气水合物的快速生成时间从而实现天然气水合物的快速生成.由此,作者设计了错流型旋转填料床气液反应的装置,通过实验考察了超重力因子,气液比等因素对含气量的影响后发现该装置能够快速生成高密度的气体水合物,方法高效,简单,能满足实验与生产要求.1实验部分1.1试验材料本实验中所使用的天然气由太原市天然气公司加气站提供,其中的气体成分与质量分数见表1. 十二烷基硫酸钠(SDS)由天津市津东天正精细化学试剂厂生产,其纯度为化学纯,SDS的质量分数为300×10一.本实验中所使用的清水吸收液为普通自来水. 表1实验用天然气主要成分名称质量分数/%81.50.80.41.83.68.44.51.2实验设备及流程实验装置主要有:反应装置的主要核心设备旋转填料床(中北大学山西省超重力工程研究中心研制),流量计(余姚市争环流量仪表有限公司),制冷系统包括制冷压缩机(CAJ4461A型冰箱压缩机),膨胀阀,蒸发器以及循环泵,恒温浴槽,供气系统,供水系统等.旋转填料床壳体内径150iil/n,转子内径50 iilin,转子外径145iilin,轴向有效高度80mm.填料采用不锈钢多孔波纹板规整填料,填料结构尺寸如表2.其设备所用材料为不锈钢材料,最大工作压为20MPa.轴承与填料床之间用机械密封(型号 YS104P,最大工作压10MPa,郑州禹氏橡塑五金有限公司生产).实验流程如图1所示,来自供气系统中的天然气经过减压阀到缓冲罐进行缓冲,然后由压力调节装置并把压力稳定在反应所需的固定值,最后经气体流量计进入旋转填料层底部,天然气由旋转填料床底部沿轴向通过填料层.来自供水系统中的清水在液泵的作用下经转子流量计进入旋转填料床顶部,通过转子中心的液体分布器均匀喷洒在填料层内侧,在离心力作用下沿填料层径向向外侧运动, 与天然气气体错流接触反应.经充分吸收后的液体在重力的作用下沿壁向下流动至旋转填料床底部的反应区,进行成核和晶体生长.反应气和反应水都经循环泵抽出循环使用.控制制冷系统和真空泵控制旋转填料床内的反应温度和压力.表2填料结构特性项目参数填料板材内~klmm外径/mm填料片数/片填料板厚度/mm空隙率/m?m一比表面积/m?m一填装密度/l唱?m-3板间距/mm1.3测试仪器压力测试系统:反应器的压力由压力变送器测量,选用陕西麦克传感器有限公司生产MPM480防爆型压阻式压力变送器,最高工作压力为100MPa, 精度为?0.25%FS;温度测试系统:实验中温度用铠装铂电阻温度计(型号WZPK2103,量程一50,100?,精度?0.1 ?)测量,然后由铂电阻温度变送器变换为数字信 9;3一??一一一第6期刘有智等:超重力旋转填料床中天然气水合物含气量研究.855.图l旋转填料床水合物生成实验示意图1一旋转填料床;2一电机;3一变频器;4一制冷系统;5一供水系统;6一匣温浴槽;7一气体流量计;8一阀门;9一循环泵;1O一液体流量计11一压力测试;12一温度测试;13一供气系统号,输送到控制器进行记录显示.2实验结果及讨论2.1超重力因子的影响在标准状态下,单位体积水合物中所含同单位天然气的体积倍数,称之为含气量(V/V). 超重力因子定义为超重力场下加速度与重力加速度的比值,表达式为co'R8一i—g式中.广重力加速度,m/s.R——转子几何半径,m;超重力因子,量纲为1;?——转子转速,r/s.超重力因子相比于转速则更能表明液体流动的强化程度,其改变是通过控制变频器调节转子转速实现的.图2是在5MPa,277.15K,液气比为10L/m., SDS质量分数为300X10一,反应时间为3h等条件下得到的超重力因子与含气量的关系图. 从图2中可以看出,含气量随着超重力因子图2超重力因子对含气量的影响的增加而增大.这是因为天然气水合物的快速生成受天然气从气相到液相传质的限制,而在高速旋转的填料产生强大的离心力场模拟超重力环境下,液体被撕裂成微米至纳米级的液膜,液丝和液滴,增加了气液接触面积和更新速率,气,液传质得到强化带来水合物生成速率得到较大的提高,水合物在晶核形成以后即开始在整个液相范围内大量生成,整个体系反应较为彻底,最终含气量得以提高, 达到175.1(V/.超重力因子从20增加到150, 含气量从36.01(增加到174.9(V/,提高了77.16%;在20,100时,天然气水合物含气量急剧增加;在100,120时,天然气水合物含气量增加速度放缓;在120,160时,天然气水合物含气量几乎没有什么变化.实验结果表明,超重力因子对含气量的影响非常明显,其最佳值为120左右. 2.2液气比的影响旋转填料床的进液量与进气量的比值称为液气比,其单位为L/Il1j.图3为体系在5MPa,277.15K,反应时间为3h,SDS质量分数为300×10和不同的超重力因子等操作条件下,含气量随液气比的变化关系.液气比几?m,图3液气比对含气量的影响从图3可以看出,含气量随着液气比的增加呈先增大后减小趋势.当液气比为10L/m.时含气量的值最大,达到175.1(v/.当液气比为10,14 L/m时含气量急剧下降,原因可能是:随着液气比的增加,液量增大引起在相同操作条件下的液滴流速,液膜更新速度及填料表面的润湿程度的增大, 强化了气液间的传质速率,从而含气量得以提高. 当液气比大于10L/m时,此时液量过大,填料的液膜厚度大大增加,从而使得气体阻力得到了较大的提升,阻碍了气液间的传质,使气液传质效率急剧下降,所以,试验条件下的最佳液气比为10L/m. 且实验结果还表明,超重力因子在较高的情况下?856?化工进展2007年第26卷(J120)液气比对含气量的影响更加明显. 2.3强化机理分析图4为体系在温度277.15K,超重力因子为 120,液气比10L/m,SDS质量分数为300×10一, 反应时间为3h条件下,超重力旋转填料床中制备的天然气水合物与以不同的其他混合方式制备的水合物的含气量的比较.18O16014og-120008O如6O402OOj盘力/MPa图4不同混合方式下的含气量对比由图4可知,在超重力方式下含气量很大的提高,相对搅拌法,在相同的操作条件下,最终含气量增加25%左右.分析其机理可能是在高速旋转的填料产生强大的离心力作用下,吸收液被填料层撕裂成液膜,液丝和液滴,扩大了气液相接触面积, 克服了在传统合成工艺中的水,气交界面表面张力的限制而影响溶解及成核速率这一不利因素.液相在压力梯度和浓度梯度作用下很快达到饱和,不均匀成核和均匀成核现象在整个液相范围内普遍发生,达到临界大小即开始大量生成水合物.在器壁等散热条件优越的地方水合物往往最先生成,并由此引发其往纵深生长.其次,在成核生长期,由于气液相接触面积极大的扩大,液相中的高溶解度气体分子填充在水合物晶格细胞中的5,5126型空腔都有充足气体分子填充,从而带来了晶格填充率的很大提升,最终含气量也得以提高.3结论(1)超重力技术的高效传质特性可以显着提高天然气水合物的含气量,当在5MPa,277.15K,液气比为10L/m,SDS质量分数为300X10一,反应时间为3h等条件下适宜的超重力因子为120左右. (2)当在5MPa,277.15K,SDS质量分数为300×10一,超重力因子为120,反应时间为3h等条件下含气量随着液气比增大呈先增大后减小趋势,其最佳液气比为10L/m3.(3)超重力法制备天然气水合物机理在于提高了气一液相接触总比表面积,促进了溶解成核过程;优化了传质条件,提高了晶体填充率;通过循环及时排走了反应生成热,有利于晶核成长,最终使含气量(W提高到175.1.参考文献[1]SloanEDJr.ClathateHydramsofNatureGases[M].NewYork:MafcdDekkerInc.,1997.[2]孙志高,樊栓狮,郭开华,等.天然气水合物的研究进展[J】_化工进展,2003,30(1):15—17.[3]石定贤,赵阳升.一种新型的天然气储运技术——NGH[J】.辽宁工程技术大学,2005,24(1):15—18.[41SkovborgP,RasmussenPClathratehydrateofnaturalgases[J】_ ChemicalEngineeringScience,1994,49(8):1131—1143. [5]刁金祥,刘有智,焦纬洲,等.超重力旋转填料床研究应用进展[J】_ 化工生产与技术,2006,16(1):48—51.《《2—l22《22,(上接第852页)[2]HG/T2024--1991.中华人民共和国化工行业标准[S]. [3]雷武,夏明珠,王风云.冷却水系统中阻垢剂性能的评定方法[J]. 化工进展,2002,21f41:275—277.[4]NevilleA,MorizotAP.ACombinedBulkChemistry/electrochemicalApproachtoStudythePrecipitationDepositionandInhibitionofCaCO3[J].ChemicalEngineeringScience,2000,55:4737—4743. 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多级雾化超重力旋转床中气液传质实验研究
华 南 理 工 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
第３ ４卷 第 ３ 期 ２０ ０ ６年 ３月
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｏ ｔ ｈ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＳ ｕ ｈ Ｃ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ｙ
喷雾 区与空 气 经过 充分 的接 触 ， 成气 液 两相 间的 完
流动截面变化大 、 离心力高而导致流体阻力大 的缺
点， 适合于大流量 的工业废气的传热传质． Ｋ ｙａｉ简弃飞 和竺洁松 等 对逆 流型旋转 ｅｖｎ、 床的传质特性进行 了深入研究 ， 并用表面更新理论 建立了传质模型 ； 陈海辉 用化学实验方法对多级
体 积传质 系数 随 气液 流量 的增加 而增 大． 中还 从 实验 数 据 中 归纳 出了液 滴 内的传 质 系 文 数 方程 ， 出丝 网层的 雾化使 液 滴在 离心力 的作 用下 高速 旋转 进入 雾化 区 ， 指 由于液 滴 内循
环非常剧烈 ， 而使 多级 雾化旋转床 的液滴 内传质 系数较 高． 从 关键词 ： 超重力旋转床 ； 传质模型 ； 双膜理论 ； 多级雾化
的含量 为 １ 一 ％ （ ％ ４ 体积分数 ， 同） ， 下 时 即满足传
质系数的测量条件． 因此 ， 实验时采用的 Ｎ Ｏ ａ Ｈ溶液 浓度为 ００ ｏ Ｌ Ｃ 的初始含量为 １ 液相 吸 ．１ ｌ ，Ｏ ｍ／ ％． 收过程中总的体积传质系数为
Ｇｒ ｎ （，） ，） ， ▲ （＋ ，） １１ ２１（ １ ｎ ｌ１ （ ３）
床进出口 Ｃ ： Ｏ 含量的变化 ， 采用 Ｊ ８０型便携 旋转床进 出口溶
液ｐ Ｈ值的变化 ， 用精密酸度计准确测量． 利用这些 数据 ， 计算出不同条件下多级雾化超重力旋转床的 传质系数 ， 进而探讨气液两相问的传质规律． 当 ＮＯ ａ Ｈ溶液的浓度为００ ｍ ｌＬ 气相中 Ｃ ．ｌ ｏ ， ／ Ｏ
超重力旋转填料床在燃煤尾气处理上的应用进展
第 ３卷 第 ２期
２０ ０２年 ２月
环境 污染 治 理技 术 与设 备
Ｔｅｈ ｉｕ ｓａ ｄ Ｅ ｕｐ ｎ ｏ ｎ ｉ ｎ ｎ ａ ｏ ｕ ｉｎ Ｃ ｎ ｒＩ ｃ ｎｑ ｅ ｎ ｑ ｉｍｅ ｔｆｒＥ ｖｒ ｍｅ ｔｌ ￣ ｔ ｏ ｔｏ ｏ Ｐ ｏ
ｖｄ ． Ｎｏ ３． ２
Ｆｅ ｂ
． ２００２
超重 力旋 转填 料 床在 燃煤 尾气 处理 上 的应用 进 展
潘朝 群 董 洁
（ 华 南 理 工 大 学 化 工 研 究 所 ， 州 ５０ ４ ； １ 广 １ ６ ０ ２ 南 京 工 业 锅 炉 工 程 成 套公 司 ， 京 ２０ １ ） 南 １０ ７
捕
要
本 文指 出了我 国燃 煤尾气脱硫进展缓慢 的原 因 ， 绍 了一 种新型 的燃煤尾 气脱硫设 备—— 超重力 旋转脱硫 介 脱硫 超重力旋转填料床
床的工作 原理 、 传质特性及在低浓度 的废气处 理上 的广阔应用前景。 关键 词
Ｔｈ ｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｈ ｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｈ ｇ ａ ｉｙ ｒ ｔ ｔｎ ａ ｋｅ － ｅ ｅ ｐ ｏ ｒ ｓ ｆ ｔ ｅ ａ ｌｃ ｔｏ ｆ ｈ 【 ｒ ｖ ｔ ｏ ａ ｉ ｇ ｐ ｃ ｄ ｂ ｄ ｇ
ｔ ｈ ｒ ａ ｍ ｅ ｔｏ ｏ ｌｂ ｒ ｎ ｕ ａ ｏ ｔ ｅ ｔｅ ｔ ｎ ｆｃ ａ ｕ ｎｉ ｇ ｆ ｅ ｇ ｓ ｌ
Ｐ ｎＺ ａ ｑ ｎ Ｄ ｎ ． ａ ｈ ｏ ｕ ｏ ｇＪｅ ２
（ ｈ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｉｓｉ ｔ Ｓ ｕ ｈＣｈｎ ｉ ｒ ［ ｆ ｅ ｈ ｏ。 ｙ １ Ｃ ￣ ｃ ｇ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔ ｕｅｏ ｏ ｔ ａＥ ｎ ｔ ｉ Ｕｎｖ ｓ ｙｏ ｅ ｎ 【 ，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ０ ４ ａ ｅ ｔ Ｔ ｇ ａ ｈ ｕ５ ０ ６ ｇ ２ Ｎ ｉ ｎ ￣ｒ ａ Ｂ ｉ ｒ ａ ｉｔ ｓＣ ｍ ａ ｙ Ｎ ｉ １ ０ ７ ａ ｎ Ｉ ｄ ｘ ｌ ｏｌ ｃｌｉ ｏ ｐ ｎ ， ｎ ２ ０ １ ） ｇ ｉ ｅ Ｆ ｉｅ ｇ
超重力技术在硫酸装置尾气脱硫中的应用效果
ＳＰ ＆ Ｂ ＭＨ ＥＬ Ｔ ＮＣＩ ＥＥ ＮＧ Ｒ Ａ ＥＤ Ｅ Ｎ ＲＩ ・３１ ・
超 重 力 技术 在 硫 酸 装 置 尾 气 脱 硫 中 的应 用效 果
王柏林 袁纪文 李 崇 ， ，
（、 １ 浙江 巨化股 份有 限公 司硫 酸厂 ， 江 衢 州 浙
缩 小设备 尺 寸与质 量 ， 大 地 强 化 了 传 质与 混 合 过 极
改 用超 重力 机脱 硫新 增投 资是 三级塔 式氨 法脱硫 的
两倍。 ３ 运行 费用 、
程。作为硫酸装置尾气脱硫设备的超重力机结构如
图 ４所示 。
气体 排空
三 级塔 式氨 法脱 硫工 艺尾气 脱硫 系统 总阻力 比 二 级改 用 超 重 力 机 的 大 １５ｋ ａ左 右 ， 此 估 算 ， ． Ｐ 据
ห้องสมุดไป่ตู้
废渣 方 面 ， 分利用硫 元 素和铁 元素 ， 充 废渣 供钢 厂做
・
３ ・ ２
硫磷设 计 与粉体 工程 Ｓ Ｐ＆Ｂ ＨＲ Ｌ Ｔ ＤＥ ＧＮ Ｅ ＩＧ Ｍ Ｅ Ａ Ｅ Ｎ ＩＥ ＲＮ
２ １ 年 第 ４期 ０１
此反 复循环 吸收 Ｓ ： Ｓ ， Ｏ 和 Ｏ：
Ｎ ３ ＨＨＯ 一 Ｈ ＋Ｎ ４ Ｓ ３ １ １２ 工艺流程 ．． （ Ｈ４ ２Ｏ Ｎ ）Ｓ ３ （） ３
８ ％ 。硫 铁 矿 制 酸 工 艺 尾 气 中 Ｐ（ Ｏ ） 够 达 到 ６ Ｓ 能
８０ ｍ ／ｎ 排 放 限值 的 占 ５ ％ ， ６ ｇ Ｉ ６ 达到 ９ ０ ｍ，ｍ ６ ｒ 限 ／
值 的 占 ７ ％ 。一转 一 吸加碱 洗 工 艺 ， ８ 排放 的尾 气 中
Ｐ Ｓ ： 在 ７ ０～１２ ０ ｍ ／ （Ｏ ） ０ ０ ｇ ｍ 。在 今 后两 年 内 ， 所有
超重力旋转床
大气量超重力机
一种大气量超重力机，包括机壳及其端盖，传动机构及转动机构，进料喷料机构，集料出料机构，进气管；其特征在于所述传动机构包括由双轴承箱支承的主轴，主轴的一端穿过机壳，与机壳内的离心筐固定密封连接，在双轴承箱与机壳之间的主轴上装密封填料函；所述转动机构包括表面有通孔的开口离心筐，在与离心筐的通孔所对的内腔装有环形填料层，离心筐的开口端与有通孔的离心筐端盖固定密封连接，离心筐端盖的一端伸入到机壳端盖的直管段内，并与机壳端盖上的气密封圈固定连接；在机壳端盖的直管段的出口处装有除沫器；进料喷料机构包括进料管，进料管固定在机壳端盖上，其一端位于机壳端盖外，另一端位于机壳端盖内并进入离心筐的端盖内，与环形分布的多头接头固定连接，每一接头上固定有与其连通，并与环形填料层相对，且开有喷料孔的喷液管；集料出料机构包括除沫器的底部有与机壳端盖连通的集液槽，通过溢流管将集液槽和位于机壳下部的集液箱连通，集液箱的底部装有出液管。
3、特点：折流式超重力旋转床与填充式或碟片式等超重力旋转床相比，在结构上具有独特的优点：可以在同一个壳体内方便地在同一轴上安装多层转子，同时可以方便地在任意一个静盘上的任意位置设置进料口，将单台设备的理论板数成倍地提高，从而实现连续精馏过程。折流式超重力旋转床的特点：传质效率高，设备体积小，停留时间短，持液量小，抗堵能力强，操作维修方便，适用于贵重物料、热敏物料、高粘度物料或者有毒物料的处理，可以在高度、大小受限制的场合使用。
多级雾化超重力旋转填料床的特性及应用
气 一液两 相 之 间 的质 量 、 量传 递 与反 应 是 热 化 工 、 保 、 源 等 工 业 生 产 中最 基 本 的 过 程 之 环 能
一
化 了传 质过 程 Ｊ 而 超 重 力 则 是 指 超 过 常 规 重 。
力 的离 心力 ， 实质 是一 种离 心力 强化 技术 。 其
液 体入 口
合、 强湍 动及 界 面急 速 更 新 的情 况 下 与气 体 以极 大 的相 对速度 在 弯 曲流 道 中接 触 ， 而极 大 地 强 从
学 院博 士 ，讲 师 。主要从 事 超 重力 旋转 床 、传 质 、
废气处 理方 面 的研究 。电话 ： ２ ８５ ４ ７ 。Ｅ— ０ ０ ０ ５９ ６
摘
要 ：介绍 了超重力旋转填 料床的结构 、 特性 和工业应用情况 。华南理工大 学对 自主开发 的错 流型多级雾
化超重力旋转填料床进行 了结构 、 液滴运动 、 气液传质 和流 体力学 、 耗等特性 的试 验研究 。 目前 ， 能 该设备 已应用
于燃油烟气脱硫 中， 最大处理气量达 ５ １ ｈ与传统填料塔相 比 ， ×０ ｍ／ ， 具有气 体压力 降低 、 质效率 高 、 紧凑 、 传 体积
速度 ｇ的离 心加 速度 ， 大 的剪 切 应 力 克 服 了表 巨
照 的方法进 行 研 究 ， 现 旋 转填 料 床 中液 体 的流 发
动虽有液膜流Leabharlann ， 主要是 间隙流与喷射流。不 但
少 人对 逆流 旋 转床 液 体 流 动 进 行 了可 视 化研 究 ， 结 果显 示 ： 在低 转 速 （０ ６０ｒｍｎ 下 液体 ３０～ ０ ｉ） ／ 流 动形 态 为在 填料 空 隙 中作 线 状 流 动 的 线状 流 、
超重力旋转床气相压降模型研究进展
Ｋｅｗ ｒｓ ｈ ｝—ｇ ｖｙｒ ａ ｎ ｅ ｐｅｓｒ ｄ ｐｍ ｄｌ ｍ ｓ ｔ ｎｆ ｙ ｏｄ ｉｌ ｒ ｉ ｔ ｉｇｂｄ ｒｓ ｅ ｒ ｏｅ ｇ ａｔｏ ｔ ｕ ｏ ａｓ ｒ ｓ ｒ ａ ｅ
ｔａ ｓｅ ｒｃ ｓｅ ． Ｉ ｃ ｎ ｂ ｐ ｌ ｄ ｉ ｎ ｉｌｓ ｓ ｃ ｈ ｍ ｃ ｌｅ ｇｎ ｅ ｎｇ ｍａｅｉ ， ｍｅａｌｒ ｙ，ｅ ｅ ｇ ｅ ｏ ｒｅ ｒ ｆ ｒｐ ｏ ｅｓ ｓ ｔ ａ ｅ ａ ｐｉ ｎ ｍａ ｙ ｆｅｄ ｕ ｈ ａ ｃ ｅ ｎ ｅ ｓ ｉ ａ ｎ ｉｅ ｒ ， ｉ ｔｒａ ｌ ｔ ｕｇ ｌ ｎ ｒ ｒｓ ｕ ｃ ｙ ａ ｄ ｅ ｖｒｎ ｎａ ｒ ｔｃｉｎ，ｅｃ．Ｇａ ｒ ｓｕ ｅ ｄ ｏ ｓａ ｖ ｒ ｍｐ ｒａ ｔｆｃｏ ｎ ｄ ｓｇ ｄ ｃ ｏｃ ｆｈ ｇ ｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌｐ ｏｅ ｔ ｏ ｔ ｓｐ ｅ ｓ ｒ ｒ ｐ ｉ ｅｙ ｉ ｏ ｔ ａ ｔ ｒｉ ｅ ｉｎ ａ ｈ ｉｅ ｏ ｉｈ— ｇａ ｉｙｒ ｔｔ ｎ ｎ ｒ ｖｔ ａ — ｏ ｉ ｇｂ ｄ． Ｓｎ ｅ ｈ ｇ — ｇ ｖｔ ｒｔｔ ｇ ｂ ｄ Ｗａ ｉｖ ｎｅ ｎ ｅ ｉｃ ｉｈ ａ ｒ ｉｙ ｏ ａｉ ｅ ｓ ｎ ｅ ｔｄ， ｔ ｅ ｇ ｓ ｒｓｕ ｅ ｄ ｏ ｓ ｉ ｅｙ ｓｕ ｉｄ． Ｉ ｔｉ ａ ｅ ， ｔｅ ｎ ｈ ａ ｐ ｅｓ ｒ ｒｐ ｗａ ｗ ｄ ｌ ｔ ｄ ｅ ｎ ｈｓｐ ｐ ｒ ｈ ｐ ｇ ｓ ｆｒｓ ａｃ ｎ ｔｅ ｇ ｒｓｕ ｅ ｄ ｐ ｍｏ ｅｓｏ ｇ ｅｒ ｔｔ ｇ ｂ ｄ ｈ ｍｅ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｎ ｒｃ ｎ ｅ ｒ ｒ ｖｅ ｄ． ｏ ｅ ｒ ｒ ｓｏ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｈ ａ ｐ ｅ ｓ ｒ ｒ ｄ ｌ ｆＨｉｅ ａｉ ｅ ｏ ｎ ｂ ｄ ｉ ｅ ｔｙ ａ ｗｅｅ ｒ ｉｗｅ ｓ ｏ ｏ ｎ ｏ ｅ ｓ ｅ Ａｌ ｋｎ ｓｏ ａ ｒｓ ｕ ｒ ｐ ｍｏ ｅｓｏ ｏ ｎ ｅｃ ｒｅ ｔ ｆ ｗ，ｃ ｏ ｓ— ｆ ｗ ｎ ｉｚ ｇ ｗｅｅ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒｄ，ｆｌ ｌ ｉｄ ｆｇ ｓｐ ｓ ｒ ｄ ｄ ｌ ｆｃ ｕ ｔｒ ｕ ｒｎ — ｌ ｅ ｅ ｏ ｏ ｒｓ ｌ ｏ ａ ｄ ｚｇ ａ ｒ ｎｒ ｕ ｅ ｏ ｎ ｏ ａｅ ｏ— ｌｗｅ ｔ ｈ ｎ ｌｓｓｏ ｈ ｒｎ ｎ ｍｐ ａ ｉ ｆｒｓａ ｃ ｎ ｔｅ ｇ ｒ ｓｕ ｅ ｄ ｏ ｄ ｌ ｆｈ ｇ ｏ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆｔ ｅｔｅ ｄ ａ ｄ ｅ ｈ ｓｓｏ ｅ ｅ ｒｈ ｏ ｈ ａ ｐ ｅｓ ｒ ｒ ｐ ｍｏ ｅｓｏ ｉｈ— ｇａ ｉ ｔｔ ｅ ｈ ｓ ｒ ｖｔ ｒ ａｉ ｂ ｄ． ｙｏ ｎｇ
新型多级逆流式超重力旋转床精馏性能研究
小等 缺 点 。 目前 ， 在农 药 、 医药 、 料 等 生产 中使 用 涂 各 种有 机溶 剂 ， 出于环 保要求 和经济 成本 的考 虑 ， 有
且流 动缓慢 ， 在传 质 系数 低 、 备 庞 大 、 作 弹 性 存 设 操
似 的结 果 ， 建立 了传质 模 型 。但 是 Ｒ Ｂ受 其 机 械 并 Ｐ 结 构 的限制 ， 在旋 转 的填料 中难 以设 置进 料 管 ， 能 不 在单 台 Ｒ Ｂ中实 现 连 续 精 馏 操 作 。栗 秀萍 等 利 Ｐ
２ ０ Ｏ１
新 型 多级 逆 流 式 超 重 力旋 转 床 精 馏 性 能研 究
高 鑫 初 广 文 邹 海 魁 罗 勇 张 鹏 远 陈 建峰
（ 京化工大学 教育部超重力工程研究 中心 ， 京 北 北 １０ ２ ） ０ ０９
摘
要 ： 对 基 于传 统旋 转填 料 床 （ Ｐ ） 针 Ｒ Ｂ 和折 流 旋 转 床 （ Ｚ 开 发 的 一 种 新 型 多 级 逆 流 式 超 重 力 旋 转 床 （ Ｃ — Ｒ Ｂ） ＭＳ Ｃ
程 中必须 增加 相应 的 流体 输 送设 备 ， 加 了设 备投 增 资 和操作 难 度 。计 建 炳 等 发 明 的 Ｒ Ｂ解 决 了 连 Ｚ
续精 馏 的 中间进料 问题 ， 利用 乙醇 一 和 甲醇 一 并 水 水 进行 了连 续精 馏实 验 ， 虽然 实 现 了单 台 Ｒ Ｂ进 行连 Ｚ 续 精 馏 ， 因其 不 使 用 填料 ， 但 导致 传质 效 果 下 降 ， 且 气 相 阻力 明显增 加 。 本 课题 组在 总结 了传 统 Ｒ Ｂ和 Ｒ Ｂ优 缺 点 的 Ｐ Ｚ 基 础 上 ， 成 功 开 发 出 一 种 新 型 的 连 续 精 馏 设 已
超重力技术应用研究进展
20
2020 年 10 月
安徽化工 ANHUI CHEMICAL INDUSTRY
Vol.46，No.5 Oct.2020
超重力技术应用研究进展
吕文利，陈明功 （安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南 232001）
摘要：超重力技术是通过高速旋转产生离心力，实现过程传质强化的技术。超重力技术具有设备体积小、开停车容易、效率高等优点，有
2 超重力技术的应用
2.1 化工分离 超重力的发展起源于化工分离的单元操作，如今，
超重力技术日益成熟，广泛应用于汽提、萃取、精馏等化 工分离过程中。
赵靖[3]进行了超重力法汽提废水中醋酸丁酯的试验 研究，采用安装了 FFAP 极性柱和 FID 检测器的气相色 谱仪测定醋酸丁酯。实验结果表明，进口液相流量小于 140 L·h-1，转速 900 rpm 时，液相出口醋酸丁酯浓度可达 到 70 mg/m3 以下，脱除率可达 98%以上。潘虹霞等 将 [4] 研发的一种撞击流反应器和旋转填料床有机耦合所形 成的撞击流旋转填料床应用于以饱和碳酸钠溶液-正丁 醇为体系进行萃取结晶回收碳酸钠的实验中，实验结果 表明，超重力因子为 98.80，撞击初速度为 8.85 m/s 时， 碳酸钠溶液与正丁醇体积流量比为 1∶1，碳酸钠的收率 最高达到 72.08%。栗秀萍[5]以乙醇／水为物系，多级旋 转填料床为主要设备，在常压操作条件下，进行超重力 精馏实验研究。实验操作条件在超重力因子为 31～ 196，原料流量为 15～30 L/h，原料摩尔分数为 0.089 1～
着广阔的应用前景。介绍了超重力技术的发展、基本原理，以及近年来超重力技术在化工分离、新材料制备、气体净化处理、海洋工程、
废水处理等领域的应用状况。完善超重力机内部结构，改善超重力设备是超重力技术的突破点，以期应用于更广泛的领域。
旋转填料床用于合成氨原料气脱碳的试验研究
合成氨生产过程是一种高能耗工艺 ，通常吨
氨总 能 耗 为 ２ ． ５ ． Ｊ ７ ２— ４ ３Ｇ ，而 脱 碳 工序 的 能耗
有机胺 ，可以使溶液吸收速率大大增加 ，同时保 留Ｍ Ｅ Ｄ Ａ溶液解吸能耗低的特性。Ｃ Ｍ Ｅ Ｏ 与 ＤＡ
和 ＴＴ Ｅ Ａ混 合胺 按 下述 过程 进行 反应 ：
邢银 全 ，刘有 智 ，王 其仓 ，尚海 茹
（ 中北大学 山西省超重力化工工程技 术研 究中心 ，山西 太原 ０ ０ ５ ） ３０ １ ［ 摘 要 ］采用在 ＭＤ Ａ （ － Ｅ Ｎ 甲基二 乙醇 胺） 水溶液 中加入少量 Ｔ Ｔ （ Ｅ Ａ 三乙烯 四胺 ）组成 的复
合吸收液 ，在旋转填料床 中脱 除合成 氨原料气 中 Ｃ 的试验 ，主要考察不 同类 型吸收液 、吸收液 Ｃ Ｏ Ｏ 负荷 、液体流量 、气体流量 、超重力 因子 等因素对 ｃ 除效 率的影 响。试 验表 明：ＭＤ Ａ水 溶液 ０脱 Ｅ 中加入添加剂 Ｔ Ｔ Ｅ Ａ后 ，混合吸收液的脱除效率 平均提高了 １ １ １ ％ ；在相 同的操 作条件 下 ，脱 除效 ０ ．９ 率随 卢增大而增大 ，卢大于 １０后对脱除效率 的影 响不 明显 ；脱除效 率 随气 体流量 的增 大而 减小 ；脱 ２ 除效率随液体流量的增大呈现 出先增大后减小 的趋势 。 ［ 关键词 ］旋转 填料床 ；脱碳 ；Ｎ 甲基二 乙醇 胺 ；三乙烯 四胺 一 ［ 中图分类号 ］Ｔ ３３ ［ Ｑ０ ． ９ 文献标识码 ］Ｂ ［ 文章编号 ］１０ －９ ２ ２０ ）３０ ５ － ０４９ ３ （０ ８ ０ －０ ５０ ４
Ｃ２ ２ Ｏ ＋Ｈ Ｏ— ｝ ＋Ｈ Ｏ 一 Ｈ Ｃ ３ Ｈ ＋Ｒ Ｎ— ｝ ３ Ｈ ３ ＲＮ Ｒ Ｈ ＋Ｃ ２ Ｎ Ｃ ０一 Ｎ ２ Ｏ— Ｒ Ｈ Ｏ （） １ （） ２ （） ３
超重力技术研究进展
超重力技术研究进展杨致芬,郭春绒 (山西农业大学文理学院,山西太谷030801)摘要 介绍了超重力技术的作用原理,概述了其研究进展,并详细阐述了其在制造纳米材料、环境工业、生物化工、作物育种等方面的应用。
关键词 超重力技术;作用原理;研究进展;作物育种中图分类号 T Q 051 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)20-08432-04Research Progress of H i gh Grav ity TechnologyYANG Zhi 2fen et a l (College of A rts and Science,Shanxi Agricultural University,Taigu,Shanxi 030801)Abstract Action p rincip le of high gravity technol ogy was reviewed,and its research p r ogress was introduced .App licati on of high gravity technology in making nanometer materials,envir onmental industry,biochem ical industry and crop breeding was expatiated .Key words H igh gravity technology;Acti on p rinci p le;Research p rogress;Cr op breeding基金项目 山西农业大学科技创新基金(2004081),山西自然科学基金(20031067)资助。
作者简介 杨致芬(1975-),女,山西太谷人,在读研究生,讲师,从事基础生物化学与分子生物学的研究。
收稿日期 20082002 超重力指的是在比地球重力加速度(9.8m /s 2)大得多的环境下,物质所受到的力(包括引力或排斥力)。
超重力技术在TEG脱水中的应用研究
超重力技术在TEG脱水中的应用研究马国光1，李晓婷1，李楚2，张晨1，游东潘1（1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610500；2.大庆油田工程建设有限公司巴州建材分公司，新疆库尔勒 841000）摘要：文中通过建立传质模型研究了超重力技术在三甘醇脱水中的应用，探讨了超重力技术三甘醇脱水的原理及工艺流程。
得出在天燃气脱水工艺中使用超重力机，在一定范围内提高超重力机的转速、增加三甘醇的流量或减少天然气的流量有利于加强气液反应过程的传质，可以提高天然气脱水的效率。
关键词：天然气；传质模型；超重力技术；三甘醇脱水超重力技术是20世纪80年代发展起来的新一代分离技术。
超重力机传质强度高，可大幅度地增强传递效应、减少设备的体积，降低设备投资。
虽然超重力技术在国内外有一定的应用，包括了超重力脱硫化氢、脱二氧化碳、脱二氧化硫、脱硫除尘、吸收氮氧化物、吸收磷肥尾气中氨气和回收丙酮乙酸乙酯回合溶剂等技术，但是还未应用于三甘醇脱水工艺中[1~4]。
目前海上平台的天然气中含水上升造成了海上气田设备、管道的腐蚀加剧，传统的天然气脱水技术虽然有一定的效果，但存在设备尺寸庞大、占地面积大、总体重量大的缺陷。
对于面积紧张且限重的海上采油平台，不适合采用陆地上应用的天然气脱水技术。
1 超重力机的结构与原理超重力机用旋转的环状多孔填料床代替垂直静止的塔器，使气－液在旋转填料层中充分接触，在液相的高度分散、表面急速更新和相界面得到强烈的扰动的情况下进行传质、传热，使反应过程得到强化[4，5]。
和塔式设备相比，体积传质系数高很多，设备的体积和重量仅是塔式设备的百分之几，超重力机结构示意见图1。
图1 超重力机结构示意气相在压力梯度的作用下由气体进口管引入转轴外腔，从转轴外缘处进入填料，液体在泵的作用下由进口管经喷头淋洒在转轴内缘上；填料转子在电机的驱动下高速旋转形成远大于重力加速度的超重力环境，进入转轴的液体受到转轴内填料的作用，周向速度增加，所产生的离心力将其推向转轴外缘。